机械制冷原理和系统组成

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陈大威

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发表于 2006-3-15 14:44:49 |只看该作者 |正序浏览

机械制冷原理和系统组成

根据热力学第二定律，热量不能自动地由冷的物体传导给热的物体。

致冷就是移去物体的热量，使物体的温度降低。当物体的热量减少时，分子的运动就缓慢，于是温度下降。这一过程必须消耗其他能量。

使物体致冷的方法有许多种。使用一种机械装置使物体温度降低叫机械制冷。利用直流电通过一种碲化铋的半导体材料而产生的致冷，叫做半导体致冷。此外还有利用液态空气的蒸发而获得低温的方法等等。

液体在蒸发时需要吸收汽化热，蒸汽在膨胀时也需要吸收热量；机械致冷正是利用了这个原理。

有一种叫致冷剂的特殊液体，它的沸点很低，在低温下极易蒸发，当它在蒸发时吸收了四周的热量，使周围物体的温度降低；然后把这种液体的蒸汽又加以压缩，再冷却移去它的热量，使它又变成液体，再把这液体去蒸发吸热，如此循环不断，便能使蒸发部位的温度不断降低，这样致冷剂就把热量从一个物体移到另一个物体上。

冷冻机就是能实现这样循环的机器，它是能使致冷剂蒸发而吸热，压缩而又冷凝成液体的一个封闭的机械系统。它由压缩机、冷凝器、节流装置、蒸发器四个主要部分组成，见图七。

冷凝器兼储液桶内的液体致冷剂经过出液阀到节流装置，通过节流装置的节流作用液体在蒸发器内蒸发吸收热量，吸热后液体变成温度较高的蒸汽，被压缩机吸入，压缩成高压高温的蒸汽，经冷凝器的水冷却，移去了蒸汽的热量，温度下降凝缩成液体致冷剂。如此不断循环便在蒸发器部分获得了低温。

致冷系统除压缩机、冷凝器、节流装置和蒸发器四个主要部件外，还有各种开闭阀门、过滤器、热交换器、油分离器、高压安全阀、压力继电器、压力表、水量控制阀等附件。

压缩机是冷冻机的心脏一般由电动机带动，它有吸入口和排出口。通过压缩机的不断工作才能使致冷剂在管路系统内不断循环产生蒸发吸热，压缩冷凝等作用。

按压缩机与电动机的组合可分为封闭式、半封闭式和开式三种类型。封闭式的压缩机电动机全部装在一个密闭的筒体中；半封闭式的压缩电动机连成一体，但没有封闭箱包围；开式的压缩机电动机是互相独立的，要靠联轴器或皮带来传动。

按压缩机本身的构造可分为活塞式、旋转式、涡轮式、螺杆式等。

在冻干机中，以开式和半封闭式的活塞式致冷压缩机使用最多。

冷凝器的作用是移去致冷剂的热量，使致冷剂的蒸汽冷凝成液体。它有风冷式和水冷式二种，风冷式有强制风冷和自流对流冷却二种，风冷式的仅在小型冷冻机上使用，大、中型的冷冻机一般都采用水冷式。

节流装置是储液筒和蒸发器之间的致冷剂控制装置，使液态致冷剂受约束地根据需要进入蒸发器内，并突然减压而迅速蒸发吸热变成蒸汽，一方面致冷剂的蒸汽被压缩机吸走，另一方面又将液态致冷剂不断地加以补充。

节流装置有二种形式。在小型冷冻机上使用微管节流器，也叫毛细管。它是一根较长而管径很细的铜管，到蒸发器时突然变成粗大的铜管。流量不能调节，在大中型的冷冻机上，一般使用膨胀阀或称节流阀来控制，它使液态致冷剂流过一个小孔，而小孔出口处有一个可关闭，开大的阀针，然后管径变粗大，它的流量可以调节。

以图八说明致冷剂在蒸发器内的蒸发情形。当高压液体通过微管或膨胀阀的小孔时，由于微管和膨胀阀的小孔的直径很小，因此流动阻力很大，液体致冷剂只能以一定的流量流速通过。当通过节制口时，管径突然变粗大。高压液体变为低压液体，由于压力降低沸点降低，液体迅速沸腾蒸发，大量吸收热量而变为小液滴与蒸汽的混合物；由于压缩机的不断抽吸作用压力继续降低，小液滴又沸腾蒸发吸收热量全部变成饱和蒸汽，饱和蒸汽又继续膨胀吸收热量而变成超热蒸汽，最后被压缩机通过吸入管吸走。这时高压液体又不断地补充，使蒸发器不断降温，而维持在某一个低温上。

蒸发器是冷冻机的实际使用部分，它根据不同的需要而做成不同形式，对于冰箱就是冷藏柜部分；对于冻干机可以是冻干箱内的板层或中间流体冷却器内的盘管。